以建設“海綿型城市”改善城市排水及生態環境的探索

近年來，我國北京、深圳、武漢、杭州、南昌等多個城市頻繁出現雨澇災害、炎熱干旱、地下水補給不足等問題，對城鎮居民生活造成了極惡劣的影響。其主要原因是在我國城鎮化建設發展過程中，極大程度上改變了原有地區的自然生態調節能力。為降低暴雨內澇對城市的影響，我國已逐步開展了雨污分流改造、雨水調蓄池建設等措施 ，但仍面臨地下水補給不足問題、城市熱島和霧霾污染等問題。因此，一種既能吸收雨水、儲存雨水，又能在炎熱干旱時釋放水蒸氣、調節城市溫度的“海綿型城市”日益成為國內外管理者和學者關注的焦點。本文試對國內外先進排水防澇規劃理念和設計技術進行總結和分析，從建設“海綿型城市”的角度，探索適應我國城市建設發展要求的途徑。

一、海綿型城市的概念形成與主旨

＞＞圖1 海綿型城市示意圖

海綿城市一詞首次出現于2012年4月中國北京大學在深圳召開的《2012低碳城市與區域發展科技論壇》，但它并非全新的概念，而是包含了自20世紀80年代以來的雨洪調蓄、雨水資源收集利用與地下水涵養、低碳城市和低影響開發（Low Impact Development）等多方面內容，總體上從應對城市雨洪問題出發，逐步演變為解決城市水與生態問題的綜合性方法。

目前，海綿型城市的觀點主要是通過建設具有“吸”、“放”功能的城市，使城市成為吸存水、過濾空氣、過濾污染物質的大海綿，能實現降溫、防洪、抗旱、捕碳等效益，從根本上解決原來由人為造成的城市對水和生態的阻絕問題。圖1為其示意圖。圖中左側代表強降雨時，雨水進入儲水層，避免內澇災害；右側代表炎熱天氣時儲存的水供應城市綠化，同時水汽蒸發降低城市氣溫。“海綿”表層下方，土壤、水、空氣同時存在，所以地下生態系統得以發展。

二、國內外相關理念實踐情況

實踐方面，國外有諸多實例。美國注重收集雨水、儲存并凈化之，采用可提高天然滲透能力的措施，與綠地、水體植被等自然景觀生態設計相融合，將徑流控制在源頭。德國通過逐步建立和完善雨洪調蓄技術、行業標準與管理條例使雨水利用技術逐漸成熟。各州法規禁止除特定情況外降水直接排入公共管網，要求城市開發“排放量零增長”。例如薩克森州首府德累斯頓，通過城市表面透水性及存水量核定、不透水路面改造、綠色屋頂及門前花園、雨水調蓄池和濕地調蓄等方法，以及對飲用水保護區、城市排水費率、雨水調蓄與利用建造標準等方面的立法工作，全方位減少雨水對城市的不良影響。澳大利亞為應對氣候長期干旱，提出對傳統開發手段的改進的水敏性城市設計（WSUD），強調以城市規劃設計的角度出發，通過整體分析的措施來減少對自然水循環的負面影響和保護水生生態系統的健康，強調合理利用暴雨徑流及天然河道這一天然資源，而不是在暴雨來臨時只考慮如何以最快的速度將雨水排出。

相較而言，我國對海綿型城市的研究和實踐還剛剛起步，多限于城市對雨洪調蓄的小尺度應用，以工程設施的探討為主，宏觀尺度雨洪管理規劃，缺乏雨洪管理、水質保護和景觀綜合效應的研究與應用，對雨水的概念大多僅限于儲存、利用、導排等方面，尚未成體系的綜合考慮海綿型城市對水乃至生態環境的作用。但仍有部分城市和學者開展了相關嘗試，如北京首鋼工業改造區進行的雨水利用綜合規劃、哈爾濱群力雨洪公園、常德市委托漢諾威水協開展的江北區內環水系綜合治理工程等。

三、主要技術設計要點

（一）透水鋪裝

近年來還出現了高承載高透水高透氣鋪裝。該路面強度即可達到高運量道路標準，又可實現強降雨時，表面徑流趨近于零，透水、儲水的效果，同時滿足鋪面下樹根與生態系統能夠呼吸，以及允許炎熱天氣時地下水蒸發而出，并滿足平價、耐用和易維護等條件。

高承載高透水高透氣鋪裝可在原來的土壤地面之上，先放置碎石，并參考國外規定，設置儲水碎石層厚度為100厘米，鋪面之下孔隙率約為0.3，每次大雨碎石層可儲水30厘米。碎石層分為兩層，并分別為“主水流空調層”和“副集水透水層”。在碎石層之上放置結構性導水管，然后再倒入混凝土，使混凝土與導水管緊密結合。等混凝土層凝結結實后，就可掀起最上層的導水管蓋，露出透水、透氣孔。其導水管蓋的特殊設計使得透水、透氣孔的四周會出現導水槽，引導雨水流入孔洞。構造模型見下圖。

（二）初期雨水棄流

初期棄流旨在通過一定方法或裝置將存在初期沖刷效應的降雨過程中的初期徑流予以棄除，減少徑流污染、提高雨水資源的利用效率。常見的初期棄流方法包括容積法棄流、小管棄流（水流切換法）等，棄流形式包括自控棄流、滲透棄流、棄流池、雨落管棄流等。是否采用初期棄流，采用何種棄流控制措施及如何合理確定初期棄流量應該根據項目現場條件、匯水面特性、管渠系統大小、污染狀況、控制目的及設計的工藝系統等綜合分析而定。

（三）綠色屋頂

通常根據栽培基質深度和景觀復雜程度將綠色屋頂分為：粗放型（extensive）、精細型（intensive）和半精細型（semiintensive）三種類型。綠色屋頂宜選擇新建建筑，需統籌考慮屋頂荷載、防水等要求。舊建筑多由于未考慮足夠的荷載而無法采用，但經核定符合適用條件時，也可采取簡單綠化的做法。綠色屋頂的基本構造層由下至上依次是防水層、保護層、排水層、過濾層、種植土層和植物層。

＞＞圖2 高承載力的通氣管結構型透水鋪裝構造示意圖

（四）生物滯留

生物滯留指設置較淺的洼地并種植當地的耐旱及短時耐淹植物，通過植物、土壤及微生物作用滯蓄、凈化自身及屋面、路面等硬化下墊面的徑流雨水，通常分為簡易型生物滯留設施和換土型生物滯留設施；生物滯留設施按應用位置不同分為雨水花園、生物滯留帶、高位花壇、生態樹池和下沉式綠地。生物滯留設施一般主要由蓄水層、覆蓋層、種植土壤層、砂濾層、排水層、溢流口等部分組成。

（五）其他措施

除上述列舉的常用措施外，還有許多措施可用于低影響開發雨水系統，如滲透溝渠、滲井、雨水過濾池、生態浮床、生態堤岸等。除工程性措施外，非工程性措施也是實現低影響開發目標的重要組成。

四、結論與建議

海綿型城市理念是在長期城市建設和發展的過程中，通過不斷發現問題和解決問題得來的經驗與理論結合的產物。建設海綿型城市是實現城市與自然生態協調發展的重要組成措施，能以源頭減量、生態還原、自然調蓄等方法，改變以往頭疼醫頭、腳疼醫腳的片面且盲目的做法，從根本上解決日趨嚴重的多種城市病。

為推進我國海綿型城市建設，克服目前所面臨的公共認知、政策及資金保障、技術支撐不足等困難，建議在短期內，提出倡議、形成共識。推動教育和研究、建設示范案例；中期階段，加快建立和修改相關法律、條例及標準，要求新建筑、綠地等設施要具有雨水調蓄功能，加強高承載高透水高透氣型道路建設，并引入多源資本，推行政府購買服務的方法，開放行業競爭，提高建設和運營水平；遠期階段，促成全民參與監督，全面建設并完善海綿型城市。